JP2006160168A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵初期の操舵フィーリングを良好にし、併せて、歯打ちによる騒音の発生とその伝播とを抑制する。
【解決手段】操舵部材１の操作に応じて電動モータ５を駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、電動モータ５の回転軸５ａに連結された駆動ギヤ６１と、駆動ギヤ６１に噛み合う状態で操舵軸２（その一部である出力軸１２）と共回転する従動ギヤ６２とを備えている。従動ギヤ６２の内周と操舵軸２（出力軸１２）の外周とは、セレーションもしくはスプライン等の嵌合部１２ｓ，６２ｓにより回転方向に結合されるとともに、従動ギヤ６２の内周と操舵軸２（出力軸１２）の外周との間にＯリングのような環状の弾性体２１が介装されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、運転者により行われるステアリングホイール（ハンドル）等の操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して運転者の操舵補助を行う電動パワーステアリング装置に関し、特には、電動モータの回転を減速して操舵軸に伝達する減速機構を備えた電動パワーステアリング装置に関する。

上記電動パワーステアリング装置は、運転者によるステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用の電動モータと、電動モータの回転を減速して操舵軸に伝達する減速機構と、トルクセンサ等のセンサ信号に基づいて電動モータの駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）とを備えている。

減速機構は、例えば、電動モータの回転軸に連結された駆動ギヤとしてのウォーム軸と、操舵軸に嵌着された従動ギヤとしてのウォームホイールとからなり、ウォーム軸とウォームホイールとの噛み合いにより、電動モータの回転を減速して操舵軸に伝達することで、運転者のステアリングホイールの操作によって加えられる操舵トルクと、電動モータが発生する操舵補助トルクとの和を、出力トルクとしてステアリング機構に与える（例えば、特許文献１参照）。

ところで、上記の電動パワーステアリング装置において、運転者が操舵を開始した時点では、操舵軸と、この操舵軸に嵌着されたウォームホイールとが一体に回転し、ウォームホイールを介してウォーム軸を回転させることになるが、ウォーム軸に連結された電動モータのロータはまだ静止状態にある。そのため、ウォームホイールおよび操舵軸には、静止状態のロータの慣性重量が回転に対する抵抗として作用する。これにより、操舵初期には、ステアリングホイールの動きが重く、引っ掛かり感があり、この点で操舵フィーリングに問題がある。
特開２００３−１８２６０１号公報

上記の問題に対して、従来の電動パワーステアリング装置では、例えば、ウォーム軸を軸方向にある程度、弾力的に変位可能とすることで、操舵初期、ウォームホイールには電動モータのロータの慣性重量が直接作用しないようにする、等の対策が採られているが、このような対策では、ウォーム軸周辺の構造が複雑になり、コストが嵩む。

本発明は、比較的構造が簡単な手段により、操舵初期の操舵フィーリングを良好にすることを課題とする。

本発明による電動パワーステアリング装置は、操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、電動モータの回転軸に連結された駆動ギヤと、上記駆動ギヤに噛み合う状態で操舵軸と共回転する従動ギヤとを備え、上記従動ギヤの内周と操舵軸の外周とは、互いに相対回転可能に嵌合する嵌合部により回転方向に結合されるとともに、従動ギヤの内周と操舵軸の外周との間に環状の弾性体が介装されていることを特徴とするものである。

上記構成では、操舵軸の外周と従動ギヤの内周との間に環状の弾性体が介在するとともに、操舵軸の嵌合部と従動ギヤの嵌合部との間には、通常、若干の隙間があるから、従動ギヤは、操舵軸に対して相対的に周方向や径方向等に微量範囲、弾力的に動きうる。

操舵初期、運転者の操舵操作に伴い、操舵軸が回転を始めたとき、従動ギヤには、これに噛み合う駆動ギヤを介して電動モータの静止しているロータの慣性重量がかかっている。この従動ギヤに対して、操舵軸は、上記したように周方向に微量範囲、弾力的に動きうるから、操舵軸は、従動ギヤを回転停止状態としたまま小角度回転する。これで、操舵軸は、電動モータの静止したロータの慣性重量の影響を受けずに小角度回転することになり、操舵初期の引っ掛かり感が解消される。

しかも、操舵軸の外周と従動ギヤの内周の構造を若干変更し、その間に環状の部材（弾性体）を設ければよく、従動ギヤの取り付け個所の外形をほとんど変更せずに比較的小規模の設計変更により、容易かつ安価に実施しうる。

また、走行中、操舵軸には車輪側から振動や衝撃が加わるが、従来の電動パワーステアリング装置のように操舵軸に従動ギヤが圧入等により嵌着一体化されている場合は、上記の振動や衝撃が直接、従動ギヤに伝わり、従動ギヤと駆動ギヤとの間で歯打ちによる騒音が発生する、という問題がある。

これに対して、本発明では、操舵軸と従動ギヤとの間に弾性体が介在するから、この弾性体により車輪側から伝わる振動や衝撃が吸収される。これにより、駆動ギヤと従動ギヤとの間の歯打ちによる騒音の発生が防止もしくは抑制される。

さらに、駆動ギヤと従動ギヤとの間で歯打ちによる騒音が発生すると、従来の装置では、上記の騒音は操舵軸や、この操舵軸を回転可能に支持するハウジング、コラム等を介して車室内に伝播するが、本発明では、操舵軸と従動ギヤとの間に弾性体が介在するから、操舵軸を介しての騒音の伝播が抑制され、車室内をより静音化するのに役立つ。

なお、環状の弾性体は、操舵軸に対して従動ギヤの軸方向のバランスがとれるよう、従動ギヤの軸方向中間位置に１つ設けられていればよいが、２つの弾性体を、従動ギヤの軸方向両側にそれぞれ設けてもよい。このように従動ギヤの軸方向両側に弾性体を設けた構成では、従動ギヤの操舵軸に対する傾きを良好に抑制することができる。

また、弾性体は、その環状の完成品を操舵軸の外周と従動ギヤの内周との間に嵌め込むほか、弾性体の溶融材料を介装個所に注入することで、弾性体を操舵軸と従動ギヤとの間に介在させるようにしてもよい。この場合は、弾性体の一部が、操舵軸の嵌合部と従動ギヤの嵌合部との間にできる隙間に入り込むから、この入り込んだ弾性体により、操舵軸と従動ギヤとの間の騒音伝播が、より効果的に抑制される。

本発明によれば、操舵初期の引っ掛かり感が解消されて操舵フィーリングが良好になるとともに、歯打ちによる騒音の発生とその伝播とが抑制される。

以下、図１および図２を参照して、本発明による最良の形態に係る電動パワーステアリング装置を説明する。図１は、最良の形態に係る電動パワーステアリング装置の減速機構部分の断面図で、関連する構成を併せて図示している。図２は、図１の減速機構の一部であるウォームホイールの軸方向に沿った拡大断面図である。

本形態の電動パワーステアリング装置は、図１に示すように、ステアリングホイールのような操舵部材１に一端が固着された操舵軸２と、その操舵軸２の他端に連結されたラックピニオン機構等からなるステアリング機構３と、操舵部材１の操作によって操舵軸２に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ４と、操舵部材１の操舵操作による運転者の負荷を軽減するための操舵補助トルクを発生させる電動モータ５と、電動モータ５が発生する操舵補助トルクを操舵軸２に伝達する減速機構６と、トルクセンサ４等からのセンサ信号に基づき電動モータ５の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）７とを備える。

電動モータ５が発生する操舵補助トルクは、減速機構６を介して操舵軸２に加えられる。操舵軸２には、操舵部材１の操作による操舵トルクが加えられているから、この操舵トルクと、電動モータ５が発生する操舵補助トルクとの和が、出力トルクとして操舵軸２を介してステアリング機構３に与えられる。

ステアリング機構３では、その入力軸の回転が、出力軸であるラック軸の往復運動に変換される。ラック軸の両端はタイロッドおよびナックルアーム等からなる連結部材８を介して操向用の車輪９に連結されており、ラック軸の往復運動に応じて車輪９の向きが変わる。

操舵軸２の中途部は、本実施形態では、筒状の入力軸１０と、トーションバー１１と、筒状の出力軸１２とから構成されている。入力軸１０は、その筒状内部に挿入したトーションバー１１と、圧入もしくは径方向に貫通するピン１３により連結され、この入力軸１０およびトーションバー１１の上端部は、操舵軸２の上部を構成する軸（図示省略）の下端部に連結されている。トーションバー１１は、その中間部に長尺で細径のねじり領域を有するもので、大径の上端部が前記したように入力軸１０に連結されるとともに、同じく大径の下端部が出力軸１２の筒状内部に挿入されて、圧入もしくは径方向に貫通するピン１４により出力軸１２に連結されている。このトーションバー１１の外周で、入力軸１０と出力軸１２とは軸方向に近接して対向しており、その軸方向対向部の外周にトルクセンサ４が配置されている。

減速機構６は、駆動ギヤとして電動モータ５の回転軸５ａに連結されたウォーム軸６１と、従動ギヤとして出力軸１２の外周に共回転するよう設けられたウォームホイール６２とからなり、ウォーム軸６１とウォームホイール６２とは互いに噛み合う状態で、ギヤハウジング１５の内部に収容されている。

ギヤハウジング１５は、内部にウォーム軸６１を収容するウォーム軸収容部１５１と、ウォームホイール６２を収容するウォームホイール収容部１５２と、電動モータ５を装着するための円筒状の装着部１５３とを有し、装着部１５３には、電動モータ５がその回転軸５ａを内向きにして装着されている。

ギヤハウジング１５のウォーム軸収容部１５１内において、ウォーム軸６１は、その両端の軸部にそれぞれ設けた軸受１６，１６を介してウォーム軸収容部１５１内に回転可能に支持され、その一方の軸部は電動モータ５の回転軸５ａに、筒体１７等により同軸に結合されている。上記の両軸受１６，１６のうち、電動モータ５側の軸受１６の軸方向外側には、ナット１８付きの押え環１９が設けられている。

ギヤハウジング１５のウォームホイール収容部１５２内において、ウォームホイール６２は、図２に示すように、出力軸１２に形成された段部１２ａと、出力軸１２の外周に嵌着された止め輪２０とにより、出力軸１２の所定の軸方向位置に設けられている。

出力軸１２の上記軸方向位置において、出力軸１２の外周とウォームホイール６２の内周とには、互いに軸方向に嵌合する嵌合部として、それぞれ雄セレーション部１２ｓと、雌セレーション部６２ｓとが形成され、これら雄雌のセレーション部１２ｓ，６２ｓの嵌合により、出力軸１２とウォームホイール６２とが回転方向に結合されている。

このように、出力軸１２の外周とウォームホイール６２の内周とは、セレーション嵌合により回転方向に結合するが、出力軸１２の外周には雄スプライン部を、ウォームホイール６２の内周には、上記雄スプラインに嵌合する雌スプライン部を形成して、出力軸１２の外周とウォームホイール６２の内周とをスプライン嵌合により、回転方向に結合してもよい。

さらに、出力軸１２の雄セレーション部１２ｓと、ウォームホイール６２の雌セレーション部６２ｓとには、その軸方向の中間位置にそれぞれ周溝１２ｔ，６２ｔが形成され、これら周溝１２ｔ，６２ｔの間に、Ｏリングのような環状の弾性体２１が介装されている。この弾性体２１は、ゴム、軟質樹脂等、弾性変形が可能な材料で構成されていればよい。また、弾性体２１の形状は、完全な円環に限らず、周方向一部に切れ目のあるＣ形でもよく、その断面形状は円形に限らず、角型等、非円形とすることが可能である。

なお、従来の電動パワーステアリング装置の製造に当たっては、ウォームホイール等の従動ギヤは、外周に歯部が未形成の形で、圧入により操舵軸の外周に嵌着され、そののち、その操舵軸に支持された状態で、外周に歯部が切削により形成される。これに対して、本発明では、ウォームホイール６２の外周に予め歯部６２ａを形成しておき、このウォームホイール６２を、操舵軸２の一部を構成する出力軸１２に取り付ける。これは、ウォームホイール６２が出力軸１２に対して微量的に動き、歯部６２ａの切削形成の際、出力軸１２によりウォームホイール６２を支持させることが困難なためである。

上記構成において、出力軸１２の外周とウォームホイール６２の内周との間に、環状の弾性体２１が介在するとともに、出力軸１２外周の雄セレーション部１２ｓと、ウォームホイール６２内周の雌セレーション部６２ｓとの間には、通常、製作精度等の関係で若干の隙間がある。そのため、ウォームホイール６２と出力軸１２とは、相互に周方向や径方向等に微量範囲、弾力的に動くことが可能である。

操舵初期、運転者の操舵操作に伴い、操舵軸２が回転を始めたとき、操舵軸２の一部である出力軸１２は一体に回転して、ウォームホイール６２を同方向に回転させようとする。この時点では、電動モータ５はまだ駆動を開始しておらず、そのロータは静止状態にあり、ウォームホイール６２には、これに噛み合うウォーム軸６１を介して電動モータ５のロータの慣性重量がかかっている。

このウォームホイール６２に対して出力軸１２は、上記したように周方向に微量範囲、弾力的に動きうるから、出力軸１２、ひいては操舵軸２の全体は、ウォームホイール６２を回転停止状態としたまま小角度回転する。これで、操舵軸２は、電動モータ５の静止したロータの慣性重量の影響を受けずに抵抗少なく小角度回転することになり、運転者にとっては操舵初期の引っ掛かり感が解消される。

また、走行中、出力軸１２には車輪９側から振動や衝撃が加わるが、出力軸１２とウォームホイール６２との間に弾性体２１が介在するから、この弾性体２１により車輪９側から伝わる振動や衝撃が吸収され、ウォームホイール６２に伝わる振動や衝撃は極めて少ない。このため、ウォームホイール６２とウォーム軸６１との間の歯打ちによる騒音の発生が防止もしくは抑制される。

さらに、ウォーム軸６１とウォームホイール６２との間で歯打ちによる騒音が発生した場合、その騒音は、出力軸１２を含む操舵軸２や、この操舵軸２を支持するハウジング（図示省略）等を介して車室内に伝播する傾向にあるが、本発明では、出力軸１２とウォームホイール６２との間に介在する弾性体２１により、操舵軸２への騒音の伝播が抑制される。

＜他の実施形態＞
図３は、第２の実施形態に係る電動パワーステアリング装置のウォームホイールの軸方向に沿った拡大断面図である。

この第２の実施形態では、図１および図２に図示の実施形態と同様に、ウォームホイール６２は、出力軸１２の段部１２ａと止め輪２０とにより、出力軸１２の所定の軸方向位置に設けられ、出力軸１２の外周に形成された雄セレーション部１２ｓと、ウォームホイール６２の内周に形成された雌セレーション部６２ｓとの嵌合により、出力軸１２と回転方向に結合されており、雄雌のセレーション部１２ｓ，６２ｓの軸方向中間位置に環状の弾性体２１が介装されている。

この第２の実施形態が、図１および図２の実施形態と異なるのは、弾性体２１を出力軸１２とウォームホイール６２との間に介装させる方法であって、ウォームホイール６２には注入用通路６２ｂが形成されており、この通路６２ｂを通じて、環状の弾性体２１となる溶融材料が出力軸１２とウォームホイール６２との間の介装個所に注入される。注入された溶融材料は該介装個所で固化して環状の弾性体２１になる。

この方法では、雄雌のセレーション部１２ｓ，６２ｓの形状や大きさに関係なく、これらセレーション部１２ｓ，６２ｓの軸方向中間位置に断面が太径の弾性体２１を介装することができる。また、弾性体２１の溶融材料の一部は、雄雌のセレーション部１２ｓ，６２ｓの間に存在する隙間に入り込んで固化するから、この固化部分により、出力軸１２とウォームホイール６２との間の騒音伝播が、より効果的に抑制される。

図４は、第３の実施形態に係る電動パワーステアリング装置のウォームホイールの軸方向に沿った拡大断面図である。

この第３の実施形態では、出力軸１２の外周とウォームホイール６２の内周との間であって、ウォームホイール６２の軸方向両側に２つの環状の弾性体２１，２１が介装されている。したがって、出力軸１２外周の雄セレーション部１２ｓと、ウォームホイール６２内周の雌セレーション部６２ｓは、２つの環状の弾性体２１，２１の間に形成されている。

このように、２つの弾性体２１，２１をウォームホイール６２の軸方向両側に配設する構成では、ウォームホイール６２の出力軸１２に対する傾きを良好に抑制することができる。

上記した各実施形態において、減速機構６は、ウォーム軸６１とウォームホイール６２とから構成されるものに限らず、ヘリカルギヤ等、他種のギヤで構成されるものであってもよい。

本発明の最良の形態に係る電動パワーステアリング装置の減速機構部分の断面図で、関連する構成を併せて図示している。 図１の減速機構の一部であるウォームホイールの軸方向に沿った拡大断面図 本発明の第２の実施形態に係る電動パワーステアリング装置のウォームホイールの軸方向に沿った拡大断面図 本発明の第３の実施形態に係る電動パワーステアリング装置のウォームホイールの軸方向に沿った拡大断面図

符号の説明

１ 操舵部材
２ 操舵軸
５ 電動モータ
５ａ 回転軸
６ 減速機構
６１ ウォーム軸（駆動ギヤ）
６２ ウォームホイール（従動ギヤ）
６２ｓ 雌セレーション部（嵌合部）
１２ 出力軸
１２ｓ 雄セレーション部（嵌合部）
２１ 環状の弾性体

Claims (1)

1. 操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
   電動モータの回転軸に連結された駆動ギヤと、
   上記駆動ギヤに噛み合う状態で操舵軸と共回転する従動ギヤとを備え、
   上記従動ギヤの内周と操舵軸の外周とは、互いに相対回転可能に嵌合する嵌合部により回転方向に結合されるとともに、
   従動ギヤの内周と操舵軸の外周との間に環状の弾性体が介装されている、
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
   
   

Images